[논문 리뷰] Belle II Experiment Network and Computing

D. M. Asner, Eli Dart외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 03.

Particle Detector Development and Performance참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 일본의 슈퍼케이브 가속기에서의 벨레 II 실험을 위한 계산 및 네트워킹 인프라 요구사항을 개론한다. 이는 KEKB 가속기의 대규모 업그레이드로, 연간 2PB의 데이터를 처리하기 위해 고대역폭, 저지연 데이터 전송 및 분산 계산을 필요로 하며, 최적화된 네트워크 아키텍처와 데이터 관리 시스템을 통해 실시간 처리와 글로벌 협업을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The Belle experiment, part of a broad-based search for new physics, is a collaboration of approximately 400 physicists from 55 institutions across four continents. The Belle detector is located at the KEKB accelerator in Tsukuba, Japan. The Belle detector was operated at the asymmetric electron-positron collider KEKB from 1999-2010. The detector accumulated more than 1/ab of integrated luminosity corresponding to more than 2 PB of data near 10 GeV center-of-mass energy. Recently, KEK has initiated a $400 million accelerator upgrade to be called SuperKEKB, designed to produce instantaneous and integrated luminosity two orders of magnitude greater than KEKB. The new international collaboration at SuperKEKB is called Belle II. The first data from Belle II/SuperKEKB is expected in 2015. In October 2012, senior members of the Belle II collaboration gathered at PNNL to discuss the computing and networking requirements of the Belle II experiment with ESnet staff and other computing and networking experts. The day-and-a-half-long workshop characterized the instruments and facilities used in the experiment, the process of science for Belle II, and the computing and networking equipment and configuration requirements to realize the full scientific potential of the collaboration's work. The requirements identified at the Belle II Experiment Requirements workshop are summarized in this report.

연구 동기 및 목표

• 벨레 II 실험의 요구사항을 정의하기 위해, 이전 실험 대비 100배 높은 루미니osity를 기록하는 계산 및 네트워킹 인프라 요구사항을 설정한다.
• 아시아, 유럽, 북미, 아프리카의 네 대륙에 걸친 55개 기관 간의 글로벌 협업이 페타바이트 규모의 데이터를 효율적으로 처리하고 분석할 수 있도록 보장한다.
• 확장 가능한 고처리량 네트워크 및 계산 시스템을 통해 실시간 데이터 처리와 장기적인 데이터 보존을 지원한다.
• 국제 시설 간 데이터 전송, 스토리지, 분산 계산의 기술적 요구사항을 규명하고 표준화한다.
• 강력하고 신뢰성 있으며 고성능인 계산 및 네트워킹 인프라를 확보하여 벨레 II의 전체 과학적 잠재력을 실현한다.

제안 방법

• 2012년 10월에 PNNL에서 열린 2일간의 워크숍에서 벨레 II 협업자, ESnet 직원, 네트워킹 전문가들이 참석하여 요구사항을 평가했다.
• 슈퍼케이브 콜라이더에서 글로벌 분석 센터로의 데이터 흐름을 포함해, 벨레 II 검출기, 데이터 수집 시스템 및 데이터 흐름을 특성화했다.
• 국제 시설 간에 연간 2PB의 데이터를 전송하기 위해 필요한 네트워크 대역폭, 지연, 신뢰성 요구사항을 평가했다.
• 대규모 데이터 처리 및 분석을 지원하기 위해 그리드 및 클라우드 기술을 활용한 분산 계산 모델을 제안했다.
• 협업 전반에서 데이터 무결성과 가용성을 보장하기 위해 데이터 스토리지, 복제, 액세스 제어 요구사항을 정의했다.
• 400명의 물리학자와 엔지니어로부터 피드백을 통합하여 인프라를 과학적 워크플로우와 데이터 집약적 분석 요구사항에 맞췄다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벨레 II와 같은 고루미니오시티 B-팩토리 실험을 지원하는 데 있어 핵심적인 계산 및 네트워킹 과제는 무엇인가?
• RQ2 글로벌 과학 협업은 어떻게 실시간으로 페타바이트 규모의 데이터를 효율적으로 전송하고 처리할 수 있는가?
• RQ3 국제 기관 간에 저지연 액세스와 고신뢰성을 보장하기 위해 필요한 네트워크 아키텍처와 데이터 관리 시스템은 무엇인가?
• RQ4 원래의 벨레 실험 대비 100배 높은 루미니오시티 요구사항을 충족하기 위해 계산 인프라는 어떻게 확장되어야 하는가?
• RQ5 다양한 계산 센터 간의 상호운용성과 데이터 일관성을 확보하기 위해 필요한 기술 표준과 프로토콜은 무엇인가?

주요 결과

• 벨레 II 실험은 연간 약 2PB의 데이터를 생성할 것으로 예상되며, 지속적인 고대역폭 데이터 전송 능력이 필요하다.
• 실시간 데이터 처리와 글로벌 협업을 충족하기 위해 네트워크 인프라는 최대 10 Gbps의 데이터 전송 속도를 지원해야 한다.
• 국제 센터 간의 대규모 데이터 분석을 위해 그룹 및 클라우드 기술을 활용한 분산 계산 모델이 필수적이다.
• 지속적인 데이터 흐름과 액세스를 보장하기 위해 내구성 있고 저지연성, 중복 및 장애 내성 네트워크가 필요하다.
• 워크숍은 글로벌 협업 전반에서 데이터 무결성과 가용성을 보장하기 위해 스토리지, 복제, 액세스 제어에 대한 구체적인 요구사항을 규명했다.
• 최종 인프라 설계는 실시간 데이터 처리와 향후 분석을 위한 고정밀도 물리학 데이터의 장기적 압출 저장을 모두 지원해야 한다.